球状FeCo纳米合金制备及氧析出性能研究

Co与过渡金属合金化是提高析氧催化剂反应活性的一种有效策略.Co与同周期的Fe元素合金化,其电子微扰作用有利于增强Co活性中心的析氧效果.本研究采用电沉积法制备Fe0.5Co0.5合金,分析其微观形貌、成分、结构和折氧性能,研究前驱溶液配比浓度与最终催化剂性能的关系.通过表面微观调控,Fe0.5Co0.5合金在0.1 mol/L KOH溶液中的过电位为345.3 mV,塔菲尔斜率为114 mV/dec,极大地提升了单质Co的析氧催化剂反应动力学活性.其耐久性测试结果表明,经过7200 s的长时应用后其电流密度仍然高达5.2 mA/cm2.     

CoCu析氧纳米合金制备及性能调控机理

采用电化学沉积法制备了一种多边形结构的Co Cu二元合金纳米颗粒,研究了其析氧性能及调控机理.SEM和XRD表征结果表明,该材料在电沉积过程中合金化程度较高且Co和Cu之间的合金化作用明显.组分调控结果表明,Co含量与析氧活性的作用呈非线性规律,70%的Co含量为最佳配比.在0.1 mol/L KOH溶液中,Co₇Cu₃二元合金纳米催化剂具有极高的析氧活性,其析氧过电位为379.5 mV,Tafel斜率为278 mV/dec,活性电流密度高达55.6 A/g.同时,在0.8 V_SCE的恒定电位下,该催化剂稳定持续工作40000 s后,其活性衰减率为10%,表明该催化剂具有较好的电化学稳定性.     

"海胆状"Fe-Cu-Ni合金催化剂制备及析氧性能

采用快速电沉积法制备了成分均匀、形貌均一且具有高析氧活性和耐久性的"海胆状"Fe-Cu-Ni多元合金.在0.1 mol/L KOH溶液中该多元合金催化剂具有较高的反应动力学速率和反应活性,其析氧过电位为230 mV,塔菲尔斜率为99.9 mV/dec,活性为3.781 mA/cm2.同时,经长时间I-t耐久性测试发现,该合金在经过25000 s循环后,其活性仍可保持在0.507 mA/cm2.该研究可为析氧三元合金催化剂的制备调控提供可借鉴的理论和实验依据.     

Ni-Cu合金的脱合金制备及其析氢电催化性能

通过真空熔炼与固溶处理相结合的方法获得Ni_(30)Mn_(70)和Ni_(20)Cu_(10)Mn_(70)前驱体合金,经电化学脱合金化法制备纳米多孔Ni及Ni-Cu合金,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析合金相组成和微观结构,运用线性扫描伏安法、交流阻抗、方波电位法及计时电位法研究电极的析氢电催化性能.结果表明:纳米多孔Ni-Cu合金电极具有较高的电催化析氢性能,在0.1 A/cm~2电流密度下,析氢过电位仅19 mV,具有较好的电化学稳定性.     

纳米片状CuCo2O4的合成及析氧性能研究

调控催化剂形貌和结构,优化表面特性,是提高催化性能的重要策略.通过水热合成铜钴双氢氧化物(CuCo LDH)前驱体,再经高温热解制得交叉连接片状CuCo₂O₄催化剂.该催化剂的粗糙表面和片层间隙有利于电解质的充分扩散吸附;其表面O缺陷能调节相邻金属位点价态,并能提高导电性,适合用于电化学催化.优化元素组成所制备CuCo₂O₄-1具有良好碱性析氧反应(OER)催化活性,在1 mol·L^-1 KOH电解质中,电流密度为100 mA·cm^-2时的过电位(η)为362 mV,OER塔菲尔斜率为112.2 mV·dec^-1,经过50 h的计时电位测试,η保持稳定,也显示出良好催化稳定性。为碱性OER电催化剂的设计提供了可行方案.     

钴掺杂增强二硫化钼纳米片的电驱动析氧性能研究

针对纯的二硫化钼电驱动析氧性能较弱的问题,通过微波辅助加热法制备了一系列不同含量钴掺杂的二硫化钼纳米片,并利用XRD,XPS对其进行结构表征,利用SEM,TEM对其进行形貌表征,进一步测试了这些样品在析氧反应中的催化性能。研究结果表明:通过调控钴的掺杂量,可以有效调控二硫化钼的析氧反应催化性能;当钼和钴的摩尔比为2∶1时,其催化性能最优,即电流密度为10mA/cm~2时的过电势为220mV;其催化性能的提升主要是由于钴的引入有效改变了二硫化钼的电子结构并且提升了其导电性。该研究为新型二维二硫化钼电催化剂的可控制备及其析氧性能调控提供了重要参考。     

NiCo_2O_4的合成及其阳极电解水性能的研究

为了考察Ni的掺杂对尖晶石类阳极析氧催化剂的结构和析氧性能的影响,以乙二醇为溶剂、氢氧化钠为反应沉淀剂,采用共沉淀法合成了Co3O4和NiO金属氧化物粉末以及纳米介孔NiCo2O4尖晶石氧化物,并对所合成的阳极催化剂进行了表面形貌和物化性能测试。通过悬浊液包衣的方法将催化剂附着到Ti基片上,制备成电极,对阳极催化剂进行循环伏安测试(CV)、交流阻抗测试(EIS)及极化性能测试。随着Ni含量的增加,催化剂的比表面积增大、电极表面的接触电阻减小,电极的析氧过电位降低。所合成纳米结构的NiCo2O4其平均粒径为10nm、平均孔径为12.3nm、比表面积88.5m2/g。当负载量为2mg/cm2时,在0.1mol/L KOH电解质溶液中,NiCo2O4电解析氧活性较好,在i=10mA/cm2时,其析氧过电位最低,为345mV(vs NHE)。     

四氧化三钴@发蓝铁丝自支撑电催化剂用于析氧反应

本文中,我们设计合成了原位负载于发蓝铁丝上的四氧化三钴(Co_3O_4)自支撑电催化剂,获得了较高的析氧反应活性.在该复合催化剂中,尖晶石结构的Co_3O_4与发蓝层的主要成分四氧化三铁(Fe_3O_4)具有高度的结构相似性与晶格匹配度,有效地保证了表面活性层的紧密生长,降低了催化过程中的电荷转移电阻并促进了电荷的快速传导,获得了高效的析氧反应活性与稳定性.受益于上述结构优势,该电催化剂显示出低至250mV的析氧反应起始过电位和较高的催化电流密度.在外加电压为1.65Vvs.RHE时,析氧反应电流密度高达124mA cm~(-2).此外,该催化剂也显示出优越的电化学稳定性,使其有望应用于大规模水裂解制氢电解槽.     

铁基层状双氢氧化物的制备与析氧性能研究

析氧反应是水分解反应中的一个重要反应,而开发具有低成本高效率的催化剂对于非贵金属催化剂的实际应用至关重要.采用水热法制备了生长在泡沫镍上的三维花瓣状Ni Fe-LDH/NF、Co Fe-LDH/NF纳米片,其层状多孔的泡沫镍为层状双氢氧化物提供了较大的电化学活性表面积和丰富的电化学反应活性位点,而Ni2+与Fe3+之间的协同作用优化了制备的催化剂的电子结构,进一步提高了其析氧反应活性.实验结果表明,在碱性溶液中,Ni Fe-LDH/NF和Co Fe-LDH/NF比其相应的单金属化合物具有更强的电化学活性;在电流密度为20 m A/cm2时,Ni Fe-LDH/NF的过电位仅为180 m V,其Tafel斜率为47. 4 m V/dec,优于大多数非贵金属催化剂; Ni Fe-LDH/NF在电化学耐久性测试中表现出了优异的稳定性和耐久性,在0. 8 V的阶跃电位下持续电解36 000 s,其电流密度为63m A/cm2,且无明显衰减.     

提升Pd基电催化剂氧还原活性的策略

氧还原反应(ORR)是许多电化学相关技术的核心反应,许多研究致力于制备同时具备高活性、高稳定性和低成本的催化剂。Pd基纳米材料由于其相对较优的催化性能和相对丰富的储量,有望成为Pt的替代品,受到了广泛关注,但要达到商品化程度,其性能需进一步提高。本文以Pd基催化剂应用于ORR电催化为背景,综述了近年来Pd基催化剂ORR的性能提升策略。围绕载体调控、形貌结构调控以及组分调控共3个部分进行总结,这些调控会利用配体效应、应变效应、系综效应(ensemble effect)和载体效应等从本质上改变Pd的分布状态、空间排列和电子结构,从而影响ORR中间产物在Pd表面的吸附状态。最后,简要介绍了Pd基催化剂面临的挑战和未来的发展方向,对高性能ORR催化剂的设计制备具有重要意义。